电厂污水处理中膜处理技术的应用研究

摘 要：电厂热力发电系统中，水质问题是影响电力生产输送、保证设备正常运行的关键环节，如果处理不到位，容易导致水中产生杂质，产生腐蚀等问题，给电厂的运行和经济效益带来不好的影响，甚至导致事故的发生。本文对电厂污水处理中膜处理技术展开论述，期待对电厂工作的发展实践具有参考作用。 
关键词：电厂污水处理；膜处理；应用实践 
　　电能关系到人们生产生活，是保证社会经济良性运行和发展的不可获取的能源，因此其质量受到普遍关注。人们在电能供应工作实践和热力发电系统安装运营过程中发现，水质的好坏会直接影响设备的运行，这是由于设备中污水处理的方式左右着设备中腐蚀和故障发生。如果处理得不好，就会导致水质变差，产生腐蚀等现象，导致设备故障，影响到发电工作。因此，研究污水处理技术，尤其是膜处理技术，对于电厂工作具有重要的意义。 
　　一、膜处理技术简介及原理 
　　1.膜技术是一类技术的总称。作为一项具有巨大潜力的实用性技术，已在世界范围引起人们重视和广泛应用。美国官方文件曾指出：“目前，没有一种技术能像膜技术这么广泛地被应用”。我国膜技术应用于电厂水处理最早可追溯到20世纪70年代末到80年代初，在消化吸收之后，其突出的优点开始逐渐被人们认识。作为核心技术的反渗透膜是由高分子材料制成，利用反渗透技术，为废水处理和提制纯水提供了新的解决方案。膜技术是一项具有巨大潜力和实用性的技术，包括反渗透、纳滤、超滤、微滤和电除盐（EDI）等技术，具有不需酸、碱，操作方便，出水水质好，性能稳定的优势。它的核心是一种具有选择性半透性质的薄膜，被称为反渗透膜，能够在外加压力作用下，使水溶液中的水分和某些组分选择性透过，从而达到纯化、分离或浓缩的目的。这种膜的使用实现了和水处理有关的主要包括反渗透、微滤、超滤、钠滤以及电除盐等的技术处理。目前，膜技术在我国北方及东南沿海电厂水处理中被广泛应用，很好地解决了缺水地区的节水问题，为电厂节约了成本。 
　　2.膜处理技术原理 
　　膜处理技术是一种通过特制薄膜的分离、浓缩、提纯，对混合物进行过滤的技术手段，这种经过选择，性能优良的薄膜形态分为固态和液态。作为污水处理技术中的重要一环，其工作原理包括：（1）利用过筛的方法对混合物中的物质进行分离，这些混合物的质量、体积、形态等均有不同，薄膜正是利用了这一特点进行分离工作。（2）通过薄膜的分离，混合物中不同的化学成分发生了分解，分解时的溶解速度不同，因此物质之间的分离得以实现。（3）与传统的分离技术比较，膜处理技术具有体积小、结构简单、方便操作的优势，而且膜处理技术能够对分子量进行几百到几千的物质分离，可以在常温下操作的同时避免“相”的变化，绿色环保节能，成本耗费低。 
　　3.膜处理技术应用 
　　（1）在市政污水处理中，膜处理技术的应用是非常广泛的。因为膜处理具有不改变污染物处理前后变化的特性，因此对于市政污水中的中水回用非常有利。如新加坡建成的膜处理中水回收技术，就是将污水用于浇灌和厕所冲水；我国清华大学利用膜处理对中水回收利用研发的砂滤、超滤工艺，日出水量达到500m3，水质得到了很大的改善，经过二级处理的污水中的细菌指标得到了大幅度的控制。（2）在石油采集过程中会产生大量超过国标的污水，经过处理后才能排放。膜处理技术对传统的去油去污处理加以改良，将污水中的油含量控制在国标内。（3）在饮用水中，膜处理技术主要是将污水中的絮凝沉淀进行过滤、加氯处理，经过处理后的水达到了饮用标准，自来水中的细菌、病毒、铁锈等经过净水器中的基本水处理后，再经过膜处理，就基本可以达到饮用标准。而且采用自来水加压的方式就可以让膜处理技术达到3年以上的使用寿命，处理效率比较高，而且能将异味、病菌等处理干净。（4）垃圾填埋中，利用膜处理技术处理污染物，可以将垃圾中的有机污染物和无机污染物，采用纳滤以及反渗透技术进行有效地大量清理。这种处理技术目前在国外垃圾处理厂中已经被广泛使用，在我国也正在进入正式启用阶段。（5）电厂热力系统中水在进入水汽循环系统时，会使热力设备产生结垢、腐蚀、积盐等，不仅影响水的品质，还造成污染与浪费，并且影响电厂设备安全经济运行。这是由于没有经过净化处理的水含有多种杂质，无法保证热力系统所需的水质指标，而且增加检修工作量和运行费用。所以，选择合适的化学水处理工艺显得尤为关键，既要求能，还要高效、低耗、环保，膜处理技术纯水制备正是解决这一难题的比较新的解决方案。 
　　二、膜处理技术的特点 
　　（1）膜处理技术使用到的设备体积小，结构简单，操作方便，而且不需要占用很大场地。（2）膜处理技术能够对相对分子量数量较大的物质进行分解。（3）膜处理技术能够在常温下进行分离技术，并且达到环保要求。（4）膜处理依靠膜的孔径及选择透过性实现污染物的分离，分离前后的物质在物理、化学性质上没有改变。（5）膜处理技术处理高效，无须投加化学药品等。（6）膜处理技术分离的是有机物、无机物以及微小的细菌，甚至可以分离病毒。（7）膜处理技术按其滤膜的孔径大小，可以进行微滤、纳滤、反渗透及电渗析等操作。 
　　三、电厂污水处理中膜技术的分类 
　　膜处理技术在研发过程中具有很多种方式，广泛应用于电厂废水处理和其他污水处理工作中，主要运用到的方式包括反渗透、微滤、超滤等等。最重要的为3种：超滤技术是电厂污水处理中在使用到的主要的膜分离技术。利用超滤膜压力的驱动和多孔膜，污水中的分子量对大量的杂质、颗粒等进行了去除，这主要是活性膜起到的作用。污水处理需要膜处理技术中的反渗透作用，反渗透膜的工作原理是利用溶液渗透压力不同，将污水中的水分子予以穿透，剩下的为离子、细菌、胶体等杂质。膜原件是反渗透的主要元件，这是一种高分子的材料，污水在加压后从元件进入隔网层，排除了杂质后，进入导流层的管道中，留下了清洁的淡水。膜处理技术中全膜分离技术的工作原理是电厂过路补给水的处理中，将污水纳入到阴阳混床中加以处理，这种技术的优点是可以将污水实现自动化处理，而且避免了酸碱再生和废渣排放的现象。随着电厂采用膜分离技术的应用与推广，膜分离技术已经成为电厂纯水设备净化的新的解决方案。只要和水处理有关的技术就离不开膜分离技术，主要分类包括：（1）反渗透技术是利用溶液渗透压的特性，根据离子、细菌等不能穿透半透膜的性质，将这些杂质与水分离。反渗透膜是一种高分子材料，采用特殊工艺制作而成，只有水分子才能透过半透膜，溶质是不能透过的。半透膜是反渗透装置中的主要构成部分，还包括了导流层、隔网膜，这些部件按照一定的顺序进行了黏合，卷制于排孔之上。原水在压力的作用下从元件的一端进入隔网层，半透膜将一部分的盐类进行了截留。然后顺着导流层次的通道，淡水从中心管壁的微小孔道中排出，这个膜孔的直径只有1nm左右，可以过滤水中的溶解盐、胶体、微生物等。剩余的水和大部分的菌类以及溶质从设备中的膜元件的另外一端排出，被称为浓缩水。经过这种过滤处理出来的水，水质良好，无污染，但是如果要满足中高压电力设备用水需要，还要进一步进行除盐处理。（2）EDI，是电除盐的简称。这种技术依靠电的作用，将水中的无机离子进行去除。新型的纯水制备技术中，这种技术已经被广泛运用。它结合了传统的电渗析和离子交换技术。将电作用下脱盐工作不能深度进行的缺点予以弥补，经过电除盐后，水质更加纯净，已经能够满足锅炉用水的要求。其中的电阻率、硬度等达到了工作要求。EDI膜是两个电极之间的具有一定对数的单元组成，这两个单元分别有不同的室，一个是淡水室，内有需要清除的盐分，一个是浓水室，内有需要去除的杂质和离子。淡水室是用阴阳离子交换树脂填满，树脂床利用室两端的直流电进行再生。电压使用中的水分子分解出H+和OH-，水中的离子收到电极的吸引，穿过阴阳离子交换树脂，吸纳了膜的过滤功能，向着对应膜的方向迁移，在离子经过浓水室后，结合成了水，水中的钙和CI等杂质离子吸附到了离子交换树脂上，形成了离子交换反应，又置换除了H+和OH-，当杂质离子加入到水中向着交换膜方向钱以后，离子进入浓水室，与相邻的室的膜发生的碰撞并受到阻挡，无法向着对应电极的方向迁移，最终杂质集中在浓水室里，被排出了膜堆。（3）全膜分离技术，也称为三膜处理技术，主要在对原水中的废液和酸碱溶液进行排放和再生。在电厂污水自动化处理中被大量使用。（4）电厂污水处理中，利用压力的驱动和多孔膜的作用，将污水中存在的分子量较大的杂质、颗粒以及胶体等进行去除，这是一种电厂大范围污水处理工作当中常用的技术，被称为活性膜超滤膜分离处理工艺。
　　四、案例分析 
　　本文所举案例，是某电厂项目中装机容量为2×240t/h的抽凝机组。锅炉补给水的规模为2×40m3/h每小时。水质要求电导率要小于0.2US，系统采用了预处理、反渗透、电除盐的技术，全部为自动化控制系统。电厂处于北方缺水区域，因此淡水资源比较南方地区相对匮乏。为了缓解供水矛盾，建设了膜分离污水处理系统，将膜处理在污水处理环节上重点加以应用。 
　　在电厂的锅炉补给水预处理系统中使用了多介质过滤器对水中的机械杂质进行滤除。当进水浊度小于2MG/L，选用了钠离子交换器，控制反渗透和电除盐中的进水硬度，保证反渗透和电除盐装置的运行安全可靠。 
　　（1）在电厂反渗透装置脱盐装置中，设计了反渗透装置膜组件，包含了3层薄膜。表面为芳香聚胺材质，由微孔聚层组成。压力膜管采用玻璃钢压力膜管，具有抗腐蚀、耐压的特性和优点 
　　（2）反渗透膜处理后，污水中的大部分的无机盐、有机物和微生物等被很好地去除，达到了EDI对进水水质的要求，见表4。 
　　（3）在电厂循环流化床机组的锅炉补水系统中，采用了预处理反渗透电除盐的积水，系统为全自动控制方式，通过PLC程序实现了系统的自动化运行。通过CRT等对污水处理过程进行监管和控制，预处理技术和超滤反渗透技术工艺流程为：原水箱-清水泵-多介质过滤器-超滤装置-反渗透装置-中间水泵-阴阳床-除盐水箱。经过预处理后，原水中的杂质在多介质的过滤器中得到了有效的去除，再经过超滤装置，污水中的有机物杂质更加得到了去除，保证了进入反渗透装置水的水蚀度。 
　　（4）EDI结合了电渗析与离子交换技术。不再需要盐碱就能将离子去除，本案例中电厂采用了美国通用公司的设备，出水水质为：硬度约为0，二氧化硅小于10Ug/L，实际应用中的电导率大约为25℃，小于0.1Us每厘米。可以作为锅炉的补充水进行运用。 
　　（5）预处理系统中的原水中的悬浮物等杂质在经过多介质过滤器和活性炭过滤器的处理之前，是被截留在滤层之中的。需要对原水中的余氯、微量油、有机物等进行滤除，才能保证补给水的水浊度达到标准。除此以外，电厂中节水的重点应放在循环冷却污水的回收和利用上。将原水的水源经过反渗透盐水处理后，将喷淋水使用泵达到输煤栈桥上，再进行纳滤膜工艺处理，处理的流程为：原水经过澄清池、无阀滤池、清水池，经过多介质过滤器、活性炭过滤器、保安过滤器后，得到了排污处理。这种被称为循环冷却排污水中的纳滤膜技术经过实践证明可行性高，而且成本较低，较为实用。 
　　五、膜处理技术的缺点 
　　膜处理技术在污水处理中虽有较好的表现，但也存在一些缺点，需要在日后的研究和实践工作中多加注意，寻求有效的方法予以克服，如膜污染会造成污水处理变慢，效果变差，效率变低的问题，是一直以来存在的。膜在长时间处理污水过程中截留的污染物，成分复杂，即便是利用沉淀、过滤等方法进行了预处理，但是对膜堵塞膜孔等问题依然无法彻底根除。特别是重污染水水质，就算是采用了水质pH进行调节等方法还是无法系统解决膜污染和堵塞。 
　　六、膜技术在电厂水处理中的发展 
　　案例中先对污水进行预处理、反渗透、EDI电除盐的工艺，正在被广泛应用着。随着新技术、新工艺的出现，如今的污水膜处理技术又出现了更加先进的发展态势，那就是超滤、微滤等新技术的研发及应用。这种新技术的工作原理与以往不同，利用压力的驱动，将多孔膜上的大分子物质、病毒、胶体等进行去除，将指标中截留分子量控制在10万之内，10万以外的物质基本上无法穿透膜。经过实验和实践证明，微滤技术处理过后的反渗透的产水比旧技术更加澄清，预处理的过滤系统工作效率提高了30%，污染滤降低了20%，反渗透膜的清洗次数也得到了明显的降低。不仅延长了反渗透膜的使用寿命，而且降低了维护、保养、购买、更换的成本。这种全新的全膜工艺在除盐工作中，产生的净水的硬度、活性硅、电导率等参数完全符合电厂超高压锅炉的补水要求的水质标准。 
　　结语 
　　我国电厂污水处理中的膜处理技术，与国际先进水平还存在一定差距。今后研究的方向应是如何降低膜的投资费用，加大膜技术新材料和新技术的应用。通过不断积累经验，相信我国电厂水处理技术必将适应时代要求，在环保、节能、高效、优质的道路上不断迈进，创造出更大的经济和社会效益。 
　　参考文献 
　　[1]张小刚.探析电厂化学水处理系统膜处理装置的安装[J].资源节约与环保，2015（12）：56，60.